Напыление улучшает характеристики перовскита

Исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биотехнологий (QIBEBT) разработали новую стратегию «ограниченной кристаллизации», которая существенно повышает производительность перовскитовых устройств с напылением, приближая их к эффективности, традиционно достигаемой только с помощью методов центрифугирования.Работа показывает, что этот подход обеспечивает более чистый рост кристаллов, меньшую плотность дефектов и масштабируемое производство на сложных поверхностях.

Нанесение распылением — это масштабируемый бесконтактный метод, хорошо подходящий для обработки трехмерных подложек большой площади — от встроенных в здания фотогальваники до изогнутой оптоэлектроники, но исторически он отстает в эффективности из-за неконтролируемой кристаллизации и высокой плотности дефектов в нанесенных пленках.Обычные растворители испаряются каплями медленно и неравномерно, создавая примеси и неупорядоченную структуру зерен, которые ухудшают производительность устройства.

Подход команды к ограниченной кристаллизации реструктурирует путь кристаллизации на уровне капель путем разработки локализованной системы прекурсоров с высокой концентрацией (LHC).За счет добавления слаболигандных растворителей метод ограничивает диффузию ключевых ионных компонентов и улучшает их взаимодействие с комплексами иодида свинца.Это подавляет нежелательные промежуточные фазы и паразитные реакции, обеспечивая гомогенное предварительное зародышеобразование и прямое образование высокоориентированных кристаллов перовскита α-фазы по мере формирования пленки.

Одним из основных технических преимуществ этой стратегии является значительное снижение плотности дефектов в ловушках примерно до 10^14 см⁻³, что позволяет получать пленки с гораздо меньшими электронными потерями.В сочетании с оптимизацией машинного обучения команда сообщила о эффективности преобразования энергии 25,5% (сертифицировано 25,2%) для перовскитных солнечных элементов с напылением, а также мини-модулей, эффективность которых превышает 22,5%.Эти цифры приближаются к показателям современных клеток, покрытых спиновой оболочкой.

Помимо высокой эффективности, процесс выдерживает более высокую влажность (около 80%) во время изготовления и позволяет наносить на неразвертывающиеся изогнутые подложки с производительностью выше 23%, что подчеркивает его потенциал для реальных сложных применений на поверхности.Непрерывный контроль толщины от нанометров до микрометров, а также совместимость с узорчатой ​​и трехмерной геометрией еще больше подчеркивают универсальность метода.

Таким образом, эта стратегия ограниченной кристаллизации сокращает разрыв в производительности между масштабируемым напылением и прецизионными лабораторными методами, одновременно расширяя возможности производства перовскитных фотоэлектрических и оптоэлектронных устройств следующего поколения.